Термодинамические характеристики расплавов на основе железа
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
1 ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ
1.1 Основные понятия
1.1.1 Энтальпия.
Величина равная (E+PV) , часто встречается в термодинамических расчетах процессов, происходящих в системах при постоянном давлении; её обозначают через Н и называют энтальпией и иногда теплосодержанием.
Таким образом,
,
где Е внутренняя энергия системы;
Р давление в системе;
V объем.
Из определения энтальпии следует, что она, подобно энергии, является функцией состояния системы, так как она выражена через энергию (функцию состояния) и переменные состояния P и V. Следовательно, изменение энтальпии для любого термодинамического цикла (циклического процесса) равно нулю.
Если процесс не циклический, то при постоянном давлении изменение энтальпии системы равно полученной ею (системой) теплоте:
.
Таким образом, для изобарического процесса обмениваемая между системой и внешней средой теплота представляет разность между начальной и конечной энтальпией самой системы и не зависим от пути достижения конечного состояния системы. Этот вывод следует из уравнения (2) и первоначально установленного факта, что энтальпия системы является функцией только её состояния. Следует подчеркнуть, что уравнение (2) применимо только к системе при постоянном давлении, так как теплота q вообще является не только функцией начального и конечного состояний, но зависит также от пути процесса. [2]
1.1.2 Энтропия.
Пусть две системы с термодинамическими вероятностями W1 и W2 образуют одну сложную систему, для которой термодинамическая вероятность W1+2. Так как каждый способ, которым осуществляется состояние первой системы, может сочетаться со всеми способами осуществления второй системы, то общее число способов, которыми может быть осуществлена сложная система, составляет:
Это свойство мультипликативности делает функцию W неудобной для непосредственных расчетов. [1]
Характеризовать в этом смысле состояние системы оказалось удобнее не самой вероятностью осуществления данного макросостояния, а величиной, пропорциональной её логарифму. Эта величина называется энтропией. Энтропия (S) связана с числом (W) равновероятных микроскопических состояний, которыми можно реализовать данное макроскопическое состояние системы, уравнением:
где k коэффициент пропорциональности
Наименьшую энтропию имеют идеально правильно построенные кристаллы при абсолютном нуле. Энтропия кристалла, в структуре которого имеются какие-либо неправильности, уже при абсолютном нуле в несколько раз больше, так как нарушения идеальности могут реализоваться не единственным способом. С повышением температуры энтропия всегда возрастает, так как возрастет число способов их расположения. Возрастает она также при превращении вещества из кристаллического состояния в жидкое и, в особенности, при переходе из жидкого состояния в газообразное. Изменяется энтропия и при протекании химических процессов. Эти изменения обычно особенно велики в случае реакций, приводящих к изменению числа молекул газов: увеличение числа газовых молекул приводит к возрастанию энтропии, уменьшение к её понижению. [4]
Изменение энтропии при различных процессах. Энтропия это функция, дифференциал которой равен . Из определительного соотношения:
,
где - приращение теплоты, следует, что для любого обратимого процесса, протекающего при постоянной температуре, изменение энтропии системы:
.
Для процессов, протекающих при постоянных давлении и температуре, имеем:
.
Для термодинамического вещества, нагретого и охлажденного при постоянном давлении,
,
где СР - теплоемкость вещества при постоянном давлении; и, следовательно,
Точно также при нагреве и охлаждении вещества при постоянном объеме имеем: [2]
Если система изолирована от окружающей среды, то и, следовательно, . Протекание любого самопроизвольного процесса характеризуется неравенством:
.
Следовательно, в замкнутой системе такие процессы сопровождаются увеличением энтропии. При равновесии энтропия замкнутой системы остается постоянной. [1]
1.1.3 Энергия Гиббса.
Термодинамические характеристики реакций включают значения тепловых эффектов и величины - стандартного изменения свободной энергии для соответствующих реакций. [5]
Изменение энергии Гиббса системы является основной термодинамической характеристикой химической реакции. Для определенности исходные вещества и продукты реакции принимают обычно находящимися в их стандартных состояниях. Соответствующую величину и называют стандартной энергией Гиббса химической реакции . [6]
Зависимость от различных реакций от температуры с достаточной точностью выражается формулой:
Коэффициенты М и Nдля различных реакций приведены в справочной литературе. Эти коэффициенты определяются на основе обобщения экспериментальных данных по равновесиям различных реакций. Величины M и N близки к средним значениям тепловых эффектов () и изменения энтропии () для соответствующих реакций: [5]
.
В некоторых справочных изданиях приведены не энергии Гиббса веществ GT , а приведенные энергии Гиббса ФТ , которые связаны с GT соотношением: .
Для энергии Гиббса реакции aA+bB=cC+dD , как и для некоторых других величин, применимо выражение:
Согласно второму закону терм